據(jù)連線雜志介紹，今年最重要的年度技術(shù)不是馬克扎克伯格的Metaverse，杰克多西的區(qū)塊鏈，也不是埃隆馬斯克的跳舞機(jī)器人。
這更可能是幾十年來(lái)推動(dòng)科技行業(yè)進(jìn)步的同一件事。一種讓機(jī)器每年更快、更有效地處理和處理信息的方法。那就是硅芯片。
在過(guò)去十年中，隨著網(wǎng)絡(luò)、社交媒體和應(yīng)用的脫穎而出，半導(dǎo)體的重要性可能已經(jīng)淡出人們的視線。與英特爾的最新芯片相比，硅谷現(xiàn)在可以說(shuō)更像是谷歌網(wǎng)絡(luò)搜索、亞馬遜的電子商務(wù)帝國(guó)或由Facebook FOMO推動(dòng)的信息流的代名詞。但過(guò)去一年提供的大量證據(jù)表明，芯片比以往任何時(shí)候都更重要。
新型客戶對(duì)芯片的需求不斷上升，加上大流行和地緣政治緊張局勢(shì)，給2021年簡(jiǎn)單和先進(jìn)計(jì)算機(jī)處理器的供應(yīng)帶來(lái)了巨大壓力，這導(dǎo)致從汽車到游戲機(jī)的所有產(chǎn)品都出現(xiàn)短缺。對(duì)先進(jìn)芯片生產(chǎn)的控制正在塑造世界兩大超級(jí)大國(guó)之間的競(jìng)爭(zhēng)和沖突。許多政府準(zhǔn)備投入巨額資金來(lái)加強(qiáng)其制造能力。
定制芯片設(shè)計(jì)對(duì)于人工智能、自動(dòng)駕駛汽車和5G等新興領(lǐng)域正迅速變得越來(lái)越重要。這些專用架構(gòu)，而不是通用芯片，將有助于塑造創(chuàng)新進(jìn)程。
麻省理工學(xué)院教授高級(jí)微電子學(xué)課程的教授Jésus del Alamo說(shuō)：“硅芯片真的是當(dāng)之無(wú)愧。”“他們是一切的核心，在如此多有價(jià)值的地方做了如此多重要的事情，為社會(huì)帶來(lái)了難以置信的好處。”
Del Alamo指出，芯片現(xiàn)在存在于一系列令人眼花繚亂的產(chǎn)品中，使廚房用具、工業(yè)機(jī)械，甚至是燈泡一樣平凡的物體都能連接起來(lái)和可編程的。
新冠病毒的流行，也讓人很快意識(shí)到芯片的重要性。當(dāng)汽車制造商在2020年初關(guān)閉工廠時(shí)，由于預(yù)期經(jīng)濟(jì)放緩，他們?nèi)∠税l(fā)動(dòng)機(jī)、安全系統(tǒng)和信息娛樂(lè)顯示器越來(lái)越需要的低成本芯片的訂單。即使是最基本的汽油動(dòng)力汽車現(xiàn)在也有100多個(gè)芯片，而最新的電動(dòng)汽車可能有1000多個(gè)。這就導(dǎo)致當(dāng)汽車購(gòu)買(mǎi)意外復(fù)蘇時(shí)，制造商沒(méi)有足夠的芯片，被迫停產(chǎn)，抑制了許多國(guó)家的經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇。
從工業(yè)機(jī)器人到醫(yī)療設(shè)備的一切都實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)化，這意味著芯片短缺的影響無(wú)處不在。同時(shí)，建設(shè)新的芯片廠的巨額成本，行業(yè)的周期性特點(diǎn)，已經(jīng)引起了高度關(guān)注。“那些認(rèn)為芯片只是材料清單上另一個(gè)項(xiàng)目的公司現(xiàn)在意識(shí)到半導(dǎo)體的相關(guān)性，”研究電子產(chǎn)品的研究公司Gartner的副總裁高拉夫·古普塔(Gaurav Gupta)說(shuō)。“現(xiàn)在每個(gè)人都必須專注于半導(dǎo)體采購(gòu)并制定戰(zhàn)略。”
中美之間的緊張局勢(shì)加劇了芯片危機(jī)。美國(guó)政府禁止向某些中國(guó)公司出售最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)芯片——這些芯片為最新的智能手機(jī)或云服務(wù)器提供動(dòng)力。
拜登政府一直實(shí)施的封鎖也反映了一種意識(shí)，即這些芯片對(duì)于人工智能、5G和機(jī)器人技術(shù)等領(lǐng)域的進(jìn)步至關(guān)重要，這些領(lǐng)域越來(lái)越被視為經(jīng)濟(jì)和軍事競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵。而且由于中國(guó)缺乏為自己制造最先進(jìn)芯片的能力，曾經(jīng)在智能手機(jī)銷售方面領(lǐng)先世界的華為等領(lǐng)先科技公司的部分業(yè)務(wù)已經(jīng)陷入癱瘓。據(jù)報(bào)道，一些中國(guó)公司因預(yù)期禁令而囤積芯片，進(jìn)一步擴(kuò)大了可用供應(yīng)量。
先進(jìn)芯片制造的重要性已將一些鮮為人知的公司推入地緣政治爭(zhēng)端。荷蘭公司ASML是世界上唯一一家可以提供價(jià)值1.5億美元的極紫外光刻機(jī)制造商，該設(shè)備用于將最微小的特征蝕刻到硅芯片中。美國(guó)還阻止阿斯麥向中國(guó)出口，實(shí)際上阻礙了該國(guó)的芯片產(chǎn)業(yè)。
但華盛頓的芯片策略也反映了美國(guó)的弱點(diǎn)。近幾十年來(lái)，制造具有原子級(jí)特征的最快、最高效的芯片變得異常復(fù)雜和昂貴。目前世界上只有三家公司能夠生產(chǎn)最先進(jìn)的組件：中國(guó)臺(tái)灣的臺(tái)積電、韓國(guó)的三星和美國(guó)的英特爾。但英特爾已經(jīng)落后于臺(tái)積電和三星，據(jù)行業(yè)組織半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)(SIA)稱，今年美國(guó)在全球芯片制造中的份額已從1990年的37%下滑至估計(jì)的12%。
6月，美國(guó)參議院通過(guò)了一項(xiàng)520億美元的法案，旨在振興美國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)；它正在等待眾議院采取行動(dòng)。由美國(guó)芯片公司支持的SIA首席執(zhí)行官約翰·紐弗(John Neuffer)表示，這筆資金將幫助美國(guó)重新獲得優(yōu)勢(shì)，并確保為汽車行業(yè)提供強(qiáng)勁的不太先進(jìn)的芯片。Neuffer說(shuō)，面對(duì)當(dāng)前的趨勢(shì)，“無(wú)所作為不是一種選擇”。
“他們是一切事物的核心，在許多有價(jià)值的地方做了許多重要的事情，為社會(huì)帶來(lái)了難以置信的好處。”
其他國(guó)家可能會(huì)進(jìn)行類似的投資，以支持其芯片產(chǎn)業(yè)。韓國(guó)表示將在未來(lái)三年內(nèi)投資超過(guò)550億美元來(lái)更新和擴(kuò)大其制造業(yè)。歐盟國(guó)家計(jì)劃投資250億至350億美元，并將推出稅收和其他激勵(lì)措施，力爭(zhēng)到2030年搶占全球芯片制造的20%。中國(guó)政府已表示將在未來(lái)10年投入1500億美元以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)芯片制造自給。
跟蹤該行業(yè)的Tirias Research分析師Kevin Krewell指出，并非所有資金都將投資于尖端芯片制造能力，短缺可能會(huì)持續(xù)到2023年和2024年。更智能的電子產(chǎn)品和消費(fèi)設(shè)備的復(fù)雜程度和數(shù)量不斷增加，”他說(shuō)。
能夠制造尖端芯片對(duì)美國(guó)來(lái)說(shuō)如此重要的一個(gè)原因是，近年來(lái)芯片制造的進(jìn)展開(kāi)始放緩，這使得定制硅變得更加重要。幾十年來(lái)，芯片上的晶體管數(shù)量（大致對(duì)應(yīng)于其速度）大約每18個(gè)月翻一番，這是英特爾聯(lián)合創(chuàng)始人戈登·摩爾(Gordon Moore)首次提出的觀察結(jié)果；這不再發(fā)生。
定制芯片提供了一種提高性能的方法。例如，蘋(píng)果公司現(xiàn)在為其智能手機(jī)、平板電腦和筆記本電腦設(shè)計(jì)自己的芯片，作為戰(zhàn)略的一部分，使其能夠更好地控制其產(chǎn)品的性能。對(duì)于曾經(jīng)只有英特爾和AMD等芯片巨頭設(shè)計(jì)和制造芯片的行業(yè)來(lái)說(shuō)，它代表了一個(gè)驚人的轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)在，越來(lái)越多的公司將專用芯片設(shè)計(jì)（包括他們自己的設(shè)計(jì)）視為在人工智能等領(lǐng)域獲得優(yōu)勢(shì)的一種方式。
大多數(shù)計(jì)算機(jī)的核心芯片，稱為中央處理單元(CPU)，其設(shè)計(jì)足夠靈活，可以執(zhí)行任何邏輯操作。但人工智能算法越來(lái)越依賴于更專業(yè)的芯片，主要是最初為視頻游戲開(kāi)發(fā)的圖形處理單元(GPU)，因?yàn)樗鼈兎浅＿m合運(yùn)行必要的數(shù)學(xué)計(jì)算。
隨著人工智能變得越來(lái)越重要，隨著算法變得越來(lái)越大，運(yùn)行成本越來(lái)越高，許多公司正在探索定制設(shè)計(jì)。亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（AWS），是世界上最大的云計(jì)算服務(wù)提供商，開(kāi)發(fā)了幾種芯片專門(mén)用于AI，包括Trainium，訓(xùn)練人工智能模型和Inferentia，用于運(yùn)行預(yù)先訓(xùn)練。
“一般而言，GPU旨在解決一大堆工作負(fù)載，”參與該公司芯片工作的AWS副總裁Raj Pai說(shuō)。“通過(guò)我們自己的定制芯片，我們能夠真正了解客戶運(yùn)行的各種模型，并優(yōu)化芯片、功率和一切。”
現(xiàn)在正在設(shè)計(jì)自己的芯片來(lái)加速人工智能的其他公司包括谷歌、Facebook、微軟和特斯拉。
麻省理工學(xué)院研究技術(shù)變革的教授尼爾湯普森表示，這種趨勢(shì)“是對(duì)摩爾定律放緩的非常自然的反應(yīng)。”但他也認(rèn)為，隨著時(shí)間的推移，隨著技術(shù)變得更加“孤立”，這可能會(huì)導(dǎo)致算法創(chuàng)新減少。
現(xiàn)在，人工智能也在幫助設(shè)計(jì)芯片，讓其他人更容易加入游行隊(duì)伍。英偉達(dá)的首席科學(xué)家比爾·達(dá)利(Bill Dally)通過(guò)將GPU出售給人工智能工程師而成為世界上最有價(jià)值的芯片制造商，他表示，該公司正在使用人工智能設(shè)計(jì)比手工設(shè)計(jì)更快或更高效的芯片。他說(shuō)，這項(xiàng)技術(shù)將加速芯片設(shè)計(jì)并帶來(lái)新的設(shè)計(jì)。“人工智能將對(duì)芯片設(shè)計(jì)過(guò)程產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，”達(dá)利說(shuō)。
